新书推介

<正>流域生态水文过程模拟与预测本书主要介绍了研究背景、意义及国内外研究进展;研究流域概况及生态水文关系统计分析;植被生态与作物生长观测实验成果;分布式流域水文模型构建与验证;分布式陆地植被生态模型构建与验证;分布式作物生长模型构建与验证;植被与作物生态水文历史演变规律分析;未来气候变化下的生态水文预测;水土保持措施对黄土高原生态水文影响研究;主要的研究成果总结与未来研究展望。     

基于地形指数的TOPMODEL研究进展与热点跟踪

TOPMODEL是一种以数学方式表示水文循环过程的基于物理过程的半分布式流域水文模型.该模型结构明晰,参数较少且具有明确的物理意义,不但适合于坡地集水区,还能用于无资料流域的产汇流估算.TOPMODEL更大的优点在于非常适用二次开发.该模型最初是用来模拟英国山区降雨径流的,后来被广泛应用于美国东部、新西兰等温湿地区,均显示了很好的模拟结果及可信的变源产流贡献模拟.TOPMODEL是降雨径流模式之一,整个水文过程主要用水量平衡和Darcy定律来描述.它利用变源面积理论原理,采用分布式地形指数(ln(a/tanβ)来刻划流域或坡面的地形,作为决定径流形式的主导因子,并假定流域内具有同一地形指数值的区域具有水文相似性.该文最后对目前TOPMODEL在森林流域水文研究中对产流机制的解释、参数问题以及尺度问题等3个热点问题进行了跟踪.     

流域水文模型参数不确定性量化技术研究进展

流域水文模型参数存在不确定性，不确定性对模型模拟与预测的精度产生显著影响。如何科学量化参数不确定性并分析其产生的不良影响是水文模拟中亟待解决的重要难题。为了研究这一问题，回顾和归纳了不确定性量化研究领域涉及的方法与技术，讨论了不确定性研究各环节中的成熟成果与亟待解决的问题。最后，对流域水文模型参数不确定性量化技术的应用前景进行了展望。     

基于SWAT模型的半城子水库流域径流模拟

该文应用分布式水文模型(SWAT模型)对半城子水库流域的径流状况进行模拟研究,并重点探讨森林植被变化对水文生态响应的影响。对半城子水库流域1990—1999年期间年、月径流进行模拟,以月径流模拟的效率系数、相对误差和相关系数3个指标为标准,对模型的敏感参数进行率定,并对2000—2006年的月径流进行验证模拟。结果表明,该模型适用于半城子水库流域的径流模拟,且精度较高。然后基于SWAT模型的模拟分析结果,应用GIS的空间分析功能,分析了半城子水库流域在1990、1995、2000和2005年的径流分布以及不同土地利用类型对水文响应影响的贡献。结果表明,降雨和土地利用变化对径流产生了较大的影响。降雨较多的月份,产生的径流也较大;降雨较少的月份,产生的径流也较小。土地利用的变化主要表现在灌木林和针叶林面积的减少和阔叶林面积的增加,相应的水文变化表现为径流量的减少。其中,针叶林和针阔混交林产生的径流量最大。     

HSPF模型在流域面源污染模拟中的应用

HSPF模型是以斯坦福水文模型为基础,能综合模拟流域径流、土壤流失、污染物传输、河道水力等过程的应用模型。该模型是半分布式水文水质模型的优秀代表。综述了HSPF模型及与其他常用面源污染模型的对比,概括HSPF模型应用优势,并综述了HSPF模型在不同空间属性条件、不同气象和水文条件下国内外流域面源污染模拟中的实际应用,以及HSPF模型参数的不确定性研究,最后提出对HSPF模型在我国流域面源污染控制中的应用展望。     

基于DEM的涑水河流域地表水文特征模拟与分析

以山西省运城市涑水河流域为例,在介绍基于数字高程模型提取流域水文特征方法的基础上,运用ArcGIS软件Arc Hydro Tools扩展模块,采用SRTMDEM数据对流域地表水文特征进行模拟和分析。提取了涑水河流域河网、流域盆地等水文信息,为该流域的生态环境演变、植被生长、土地覆盖等问题的进一步研究提供了依据。     

流域水文模型研究进展

流域水文模型是研究流域水文学和水资源管理的重要工具。介绍了系统理论模型、概念性模型和物理模型的应用发展情况和存在的不足。未来的主要研究热点将主要集中在:加强模型的物理基础分析、改进参数优选方法、完善模型结构、增强模拟真实性、增加分布式物理模型适用性;将3S、DEM和ANN等先进技术和工具应用到模型中,集成开发一体化的分布式水文模型,并与其他专业系统模型相耦合建立起模型库集成系统;把水文—气候—社会—经济—生态—环境等耦合成新型的模型系统,更好地满足模拟需要,更真实地反映实际情况,提高模型的精确度。     

岷江上游典型流域植被水文效应模拟

该文通过研究现有土地覆盖下水文分布的空间格局,及不同植被类型集水区内降雨与径流间的关系,来揭示森林生态系统与水文动态之间相互作用的机制,从而为岷江上游的生态环境评价和区域生态环境保护及恢复提供理论依据和科学指导.在前人研究的基础上,结合先进的地理信息系统和遥感技术,构建岷江流域植被水文模型.模型以水文子模块TOPMODEL为中心,由山地小气候模型MTCLIM和林冠截留模型为其提供水文学参数,研究中水文循环过程涉及植被截留、(实际)蒸散发、降雨入渗和土壤水分动态等.最后将模型应用于岷江上游典型支流——杂古脑流域,对其1995年7—9月的径流特征进行了模拟分析.结果显示,7—9月日径流量总体趋势表现为逐渐降低,径流量对降水响应敏感,基本反映了杂古脑流域雨季的径流变化特征.     

分布式水文模拟模型在流域水资源管理中的应用

分布式水文模型建立在物理机理的基础上,能够较好地反映流域下垫面条件的影响,能模拟计算降雨产汇流的过程,分析时空分布特性,是目前水文科学研究中的一个重要发展方向。流域水文模拟从模拟的侧重点上可以划分为降雨径流模拟、地下水模拟、流域水循环综合模拟。从流域水资源管理的角度出发,分别介绍上述模型的总体结构、特点及适用领域等。     

地表水地下水联合耦合模拟进展

地表水与地下水相互作用的耦合模拟在一个地区水资源的开发利用与管理中是十分重要的。本文梳理并分析了地表水与地下水耦合模拟中的主要问题、主要方法以及地表水地下水联合调度的主要策略,认为分布式水文模型对较长时空跨度的地表水与地下水水文循环进行耦合是未来水文模拟的重要方向,以流域为尺度的地表水地下水联合模拟调度将成为提高水资管理水平、保障水资源安全的重要手段,随着人类活动的不断加大,流域整体水循环模拟必须综合考虑人类活动的影响。     

基于空间变化的栅格水文模型构建

传统水文模型在水量模拟实践中取得了一些满意的结果,但由于传统水文模型大多不能反映下垫面特性对降雨径流过程的影响,从而限制了其在更广泛涉水领域的应用和发展.本文在地貌形成理论的基础上,充分考虑了流域内地形、植被、土壤、土壤水分参数等因素对流域蓄水容量空间分布的影响,提出了基于栅格蓄水容量空间变异的分布式水文模型.     

HEC——HMS分布式水文模型在黄土高原小流域的可应用性

场降雨条件下小流域水文模型的研究是水文学的热点问题之一。该文利用山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站2004—2006年的实测资料,在分析了HEC--HMS分布式水文模型参数敏感性的基础上,进行了参数率定和检验,然后利用率定好的参数,对HEC--HMS分布式水文模型在黄土高原小流域中的可应用性进行了评价。研究得出:参数Cn对洪峰流量和径流总量敏感,Cn的取值是决定模型模拟精度的关键;洪峰滞时对洪峰出现时间为一般敏感;模型率定期的确定系数在0.75～0.87之间,模型验证期的确定系数在0.73～0.82之间;HEC--HMS分布式水文模型适用于黄土高原地区。      

基于AVSWAT丰乐河流域水文预测

运用SWAT(SoilandWaterAssessmentTool)分布式水文模型丰乐河流域降雨、径流进行了预测。按不同的土壤和土地利用类型将整个流域划分成38个子流域和137个具有相似水文特征的水文响应单元。选用2000-2003年桃溪水文站降水观测资料对模型灵敏度较高水文参数进行了校核与检验,率定结果显示模型模拟值与实测值拟合精度较高,表明模型可以应用于流域水文模拟预测。通过AVSWAT2000与气象预测模型的集成预测了流域水文风险预测和常规预测,推求得到流域典型年及常规年降水、径流年内月分布过程,为流域水资源管理提供了依据。该预测方法是对分布式水文模型集成化研究的一次新尝试,对今后的进一步研究具有积极意义。     

基于ArcGIS环境下DEM流域特征提取及应用

该文详细介绍了ArcGIS9.2中的水文分析工具箱的使用方法,包括从原始DEM数据提取河网的步骤、应注意的问题等。研究区域选取位于北京山区的红门川小流域,采用1∶10000的比例尺、10m分辨率的DEM作为基本的地形数据,应用ESRI公司开发的ArcGIS9.2地理信息系统软件进行流域水文信息特征的提取;并利用SWAT模型运行水文响应单元(HRUs)的生成,共生成了25个子流域和92个HRUs。经分析,得到的研究区域河网特征以及研究区其他常用的流域特征信息,与实际河流水系特征基本吻合,因此应用DEM划分的流域结果是合理的。     

非点源污染模型在土壤侵蚀模拟中的应用及发展动态

近年来 ,随着计算机和地理信息技术的不断发展 ,非点源污染模型在土壤侵蚀研究中得到了广泛的应用 .该文通过对不同模型的背景、功能、应用范围以及优缺点的分析 ,对国外较为常用的 8个土壤侵蚀模型进行了全面综述 .这些模型包括用于预测预报的RUSLE ,WEPP和EPIC ,用于流域水文过程模拟的SHE ,CREAMS和ANSWERS等 ,还有用于流域管理措施评价的AGNPS和SWAT等 .通过对不同模型应用现状的分析 ,提出了土壤侵蚀模拟模型在BMPs评价、湿地水文以及生态系统缓冲带泥沙及营养元素运移等领域的应用前景和发展动态     

水文尺度问题及尺度转换研究进展

在介绍了水文尺度、尺度问题和尺度转换概念的基础上,分析了进行尺度转换的4种途径,即分形理论、小波分析、分布式水文模拟、混沌理论。提出了水文尺度研究涉及的关键问题,包括尺度问题的不确定性、水文过程尺度和水文观测尺度、水文现象的空间异质性和时空变异性。最后在已有成果的基础上,提出了目前研究中存在的问题及未来的发展方向。水文尺度转换需要多学科的交流和理论与技术的创新。     

数字高程模型在分布式水文建模中的应用--以三峡库区晏家河小流域为例

以三峡库区晏家河小流域为例,论述了在数字高程模型的基础上,进行流域河网的生成、子流域的划分以及流域边界的确定等工作的理论与方法,并进行了与地形相关、具有水文学意义的部分参数的提取。结果表明,数字高程模型在分布式水文建模中的应用主要体现在通过DEM不仅可以实现流域离散化,而且还可以从中提取分布式水文模型所需的地形参数。     

不同精度的土壤数据对水质和水量模拟的影响

【背景】模型模拟是研究面源污染的重要手段,建模过程中输入数据的质量是影响模型准确度的重要因素,其中土壤数据作为流域模型的重要输入数据之一,对模型的产流过程有重要的影响。然而,以往的研究多集中于土壤数据精度对水量和水文过程的影响,对水质的研究还比较欠缺。【目的】为丰富该领域建模的先验知识,为流域模型建立过程中的数据选择提供帮助。【方法】采用SWAT(soil&water assessment tool)模型,利用不同精度(1:5万、1:50万和1:100万)的土壤数据进行建模,对凤羽河流域的水量、泥沙、总氮和总磷含量进行了模拟。并采用SWAT-CUP软件进行参数的率定,得到基于3种不同土壤数据的最佳模拟结果。在此基础上,研究不同精度土壤数据对水文响应单元划分、模型参数、水质和水量模拟的影响。【结果】(1)土壤数据对水文响应单元(HRU,hydrologic response unit)的划分数量有明显影响,HRU划分数量的敏感性与划分阈值及土壤图详细程度有关;(2)进行参数率定后模型的表现效果有明显的提高,不同精度的土壤数据对于不同指标(流量、泥沙、总氮和总磷)的模拟效果存在差异...